(57)【要約】【課題】不純物濃度の分布が急激に変化する接続部分を持つ原料棒を用いて、浮遊帯域法による金属化合物結晶の成長を行うときに、接続部分における結晶の成長を安定させること。【解決手段】本発明の実施形態における金属化合物結晶の製造方法は、第１の金属化合物結晶の原料である棒状の第１部材における一端と、第１の金属化合物結晶と色が異なる第２の金属化合物結晶の原料である棒状の第２部材における一端とを接続し、接続された第１部材と第２部材とを焼結することによって原料棒を形成し、原料棒を用いて、第１の金属化合物結晶、第２の金属化合物結晶、および第１の金属化合物結晶と第２の金属化合物結晶との間に形成される中間領域を有する金属化合物結晶を成長させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の不純物を含む第１の金属化合物結晶の原料である棒状の第１部材における一端と、前記第１の金属化合物結晶と色が異なり第２の不純物を含む第２の金属化合物結晶の原料である棒状の第２部材における一端とを接続し、当該接続された前記第１部材と前記第２部材とを焼結することによって原料棒を形成する原料棒形成工程と、
溶融装置を用いて前記原料棒に浮遊帯域を形成することにより、前記第１の金属化合物結晶、前記第２の金属化合物結晶、および当該第１の金属化合物結晶と当該第２の金属化合物結晶との間に形成される中間領域を有する金属化合物結晶を成長させる結晶成長工程と
を備えることを特徴とする金属化合物結晶の製造方法。
【請求項２】
前記原料棒形成工程においては、前記第１部材の融点または前記第２部材の融点の低い方に対して、摂氏温度換算で０．５倍以上１倍未満の温度で前記焼成を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項３】
前記第２部材を前記第１部材よりも上方に位置するように、前記原料棒を前記溶融装置に設置する設置工程をさらに備え、
前記結晶成長工程においては、
前記溶融装置に設定されたパラメータに応じて、前記設置された原料棒の一部を溶融して、径の大きさが前記原料棒の径以下の浮遊帯域を形成するとともに、当該浮遊帯域を前記第１部材から前記第２部材に移動させて、前記第１の金属化合物結晶および前記第２の金属化合物結晶を成長させ、
前記第１部材と前記第２部材とが接続された部分が前記浮遊帯域に含まれている期間における前記浮遊帯域の径が、当該期間の前における前記浮遊帯域の径より大きくなるように、前記溶融装置に設定されるパラメータを制御して、前記中間領域における金属化合物結晶を成長させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項４】
前記第２部材を前記第１部材よりも上方に位置するように、前記原料棒を前記溶融装置に設置する設置工程をさらに備え、
前記結晶成長工程においては、
前記溶融装置に設定されたパラメータに応じて、前記設置された原料棒の一部を溶融して、径の大きさが前記原料棒の径以下の浮遊帯域を形成するとともに、当該浮遊帯域を前記第１部材から前記第２部材に移動させて、前記第１の金属化合物結晶および前記第２の金属化合物結晶を成長させ、
前記第２の金属化合物結晶は、クロムが前記第２の不純物として添加されている酸化アルミニウムであり、
前記第１の金属化合物結晶は、クロム以外の元素が前記第１の不純物として添加されている酸化アルミニウムである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項５】
前記第２部材は、前記結晶成長工程において溶融される条件において、前記第１部材より溶融しやすく、
前記結晶成長工程においては、前記第１部材と前記第２部材とが接続された部分が前記浮遊帯域に含まれている期間における前記浮遊帯域の径が、さらに前記原料棒の径より大きくならないように、前記溶融装置に設定されるパラメータを制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項６】
前記第１の金属化合物結晶および前記第２の金属化合物結晶は、金属酸化物結晶である
ことを特徴とする請求項３または請求項５に記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項７】
前記第２の金属化合物結晶は、クロムが前記第２の不純物として添加されている酸化アルミニウムであり、
前記第１の金属化合物結晶は、クロム以外の元素が前記第１の不純物として添加されている酸化アルミニウムである
ことを特徴とする請求項６に記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項８】
前記結晶成長工程においては、前記浮遊帯域の周囲における酸素分圧を変化させて前記第１の金属化合物結晶および前記第２の金属化合物結晶の少なくとも一方の色を長手方向に変化させる
ことを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項９】
前記結晶成長工程においては、前記溶融装置から前記原料棒の一部に光を照射させて、当該一部を溶融して前記浮遊帯域を形成し、
前記制御されるパラメータは、前記光のエネルギーを決定するためのパラメータである
ことを特徴とする請求項３乃至請求項８のいずれかに記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記原料棒形成工程においては、前記第１部材の前記光の吸収率が、前記焼結の前より後の方が高くなるように、前記焼結を行う
ことを特徴とする請求項９に記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記原料棒形成工程においては、
粉末状の前記第１部材をチューブに装填し、当該装填後に、粉末状の前記第２部材を装填し、当該チューブに装填された当該第１部材と当該第２部材とを棒状にプレス成型することにより、棒状の前記第１部材の一端と、棒状の前記第２部材の一端とが接続される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の金属化合物結晶の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の製造方法により製造された金属化合物結晶を加工して、前記中間領域を有する当該金属化合物結晶の一部を取り出す加工工程と、
前記加工工程において取り出された前記金属化合物結晶の一部を、他の部材に取り付けることにより、装飾品を製造する取付工程と
を備えることを特徴とする装飾品の製造方法。
【請求項１３】
第１の不純物を含む第１の金属化合物結晶と、
前記第１の不純物とは異なる第２の不純物を含み、前記第１の金属化合物結晶と同一の結晶構造の第２の金属化合物結晶と、
前記第１の金属化合物結晶と前記第２の金属化合物結晶との間に形成され、前記第１の不純物と前記第２の不純物とを含む前記結晶構造の中間領域と
を具備し、
前記第１の金属化合物結晶と前記第２の金属化合物結晶とは色が異なり、
前記中間領域の少なくとも一部は、前記第１の不純物の濃度が前記第１の金属化合物結晶における当該第１の不純物の濃度の５０％以上、かつ前記第２の不純物の濃度が前記第２の金属化合物結晶における当該第２の不純物の濃度の５０％以上である
ことを特徴とする金属化合物結晶。
【請求項１４】
前記結晶構造は、コランダムまたはスピネルであり、
前記第１の不純物は、クロム以外の元素であり、
前記第２の不純物は、クロムである
ことを特徴とする金属化合物結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる色を持つ領域を有する金属化合物結晶を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
浮遊帯域（フローティングゾーン；ＦＺ）法により結晶を製造するときに用いられる原料棒は、一般的に、主成分の材料に対して均一な不純物を添加して作製される。このような原料棒を用いて結晶を成長させると、結晶の成長方向（長手方向）に沿って均一に不純物が分布する。一方で、不純物の濃度により結晶の諸特性が変化する場合には、その特性変化を確認するために、不純物の濃度が異なる多数の結晶が必要となる。これらの多数の結晶を作製すると、非常に時間、費用がかかってしまうため、結晶の成長方向に沿って濃度分布を傾斜させる技術がある（例えば、特許文献１、２）。【０００３】
結晶の不純物濃度の分布に傾斜をつけるために、特許文献１においては、原料棒の表面に不純物を付着させ、その付着濃度を変化させることが行われている。また、特許文献２においては、原料棒自体の不純物の濃度分布に傾斜をつけることが行われている。
さらに、特許文献２においては、不純物濃度の分布に傾斜をつけるのではなく、原料棒の一部に、ある種類の不純物を添加し、これとは異なる種類の不純物を他の部分に添加して、浮遊帯域法により結晶を成長させることも記載されている。このとき、異なる種類の不純物が添加された各部分については、不純物を有しない部分を介して互いに接触しないように配置されている。例えば、酸化アルミニウムに、酸化クロムを添加した部分、酸化チタンおよび酸化鉄などを添加した部分をもち、それぞれの間には不純物を有しない部分をもつ原料棒を作製する。そして、この原料棒を用いて浮遊帯域法により結晶を成長させることにより、赤いルビー、黄と青のサファイアからなる虹色宝石を作製したことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１３６９８号公報
【特許文献２】特開２００５−８４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
不純物濃度の分布が原料棒の長手方向に沿って変化しない場合や、不純物濃度の分布が傾斜して緩やかに変化する場合には、浮遊帯域法による結晶成長を行う際の各種条件を決定するための浮遊帯域溶融装置に設定するパラメータの制御は容易である。これは、不純物濃度の分布が変化しなければ、浮遊帯域を移動させても同じ不純物濃度であるからパラメータを変化させる必要はないからである。また、不純物濃度の分布が傾斜して、原料棒の諸特性、例えば、溶融しやすさが変化しても、徐々にパラメータを変化させるだけでよいからである。【０００６】
ところが、不純物濃度の分布が傾斜したものではなく、急激に変化する場合には、その変化部分において原料棒の諸特性が大きく変わる。そのため、従来どおりのパラメータの制御では、急激に不純物濃度が変化する部分付近において、作製される結晶の径が大きく変化したり、原料棒が溶融しすぎて結晶が切断されたり、原料棒の溶融量が少なくなりすぎたりと、結晶の安定した成長を妨げていた。【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、不純物濃度の分布が急激に変化する接続部分を持つ原料棒を用いて、浮遊帯域法による金属化合物結晶の成長を行うときに、接続部分における結晶の成長を安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するため、本発明は、第１の不純物を含む第１の金属化合物結晶の原料である棒状の第１部材における一端と、前記第１の金属化合物結晶と色が異なり第２の不純物を含む第２の金属化合物結晶の原料である棒状の第２部材における一端とを接続し、当該接続された前記第１部材と前記第２部材とを焼結することによって原料棒を形成する原料棒形成工程と、溶融装置を用いて前記原料棒に浮遊帯域を形成することにより、前記第１の金属化合物結晶、前記第２の金属化合物結晶、および当該第１の金属化合物結晶と当該第２の金属化合物結晶との間に形成される中間領域を有する金属化合物結晶を成長させる結晶成長工程とを備えることを特徴とする金属化合物結晶の製造方法を提供する。【０００９】
また、別の好ましい態様において、記原料棒形成工程においては、前記第１部材の融点または前記第２部材の融点の低い方に対して、摂氏温度換算で０．５倍以上１倍未満の温度で前記焼成を行うことを特徴とする。【００１０】
また、別の好ましい態様において、前記第２部材を前記第１部材よりも上方に位置するように、前記原料棒を前記溶融装置に設置する設置工程をさらに備え、前記結晶成長工程においては、前記溶融装置に設定されたパラメータに応じて、前記設置された原料棒の一部を溶融して、径の大きさが前記原料棒の径以下の浮遊帯域を形成するとともに、当該浮遊帯域を前記第１部材から前記第２部材に移動させて、前記第１の金属化合物結晶および前記第２の金属化合物結晶を成長させ、前記第１部材と前記第２部材とが接続された部分が前記浮遊帯域に含まれている期間における前記浮遊帯域の径が、当該期間の前における前記浮遊帯域の径より大きくなるように、前記溶融装置に設定されるパラメータを制御して、前記中間領域における金属化合物結晶を成長させることを特徴とする。【００１１】
また、別の好ましい態様において、前記第２部材を前記第１部材よりも上方に位置するように、前記原料棒を前記溶融装置に設置する設置工程をさらに備え、
前記結晶成長工程においては、前記溶融装置に設定されたパラメータに応じて、前記設置された原料棒の一部を溶融して、径の大きさが前記原料棒の径以下の浮遊帯域を形成するとともに、当該浮遊帯域を前記第１部材から前記第２部材に移動させて、前記第１の金属化合物結晶および前記第２の金属化合物結晶を成長させ、前記第２の金属化合物結晶は、クロムが前記第２の不純物として添加されている酸化アルミニウムであり、前記第１の金属化合物結晶は、クロム以外の元素が前記第１の不純物として添加されている酸化アルミニウムであることを特徴とする。【００１２】
また、別の好ましい態様において、前記第２部材は、前記結晶成長工程において溶融される条件において、前記第１部材より溶融しやすく、前記結晶成長工程においては、前記第１部材と前記第２部材とが接続された部分が前記浮遊帯域に含まれている期間における前記浮遊帯域の径が、さらに前記原料棒の径より大きくならないように、前記溶融装置に設定されるパラメータを制御することを特徴とする。【００１３】
また、別の好ましい態様において、前記第１の金属化合物結晶および前記第２の金属化合物結晶は、金属酸化物結晶であることを特徴とする。【００１４】
また、別の好ましい態様において、前記第２の金属化合物結晶は、クロムが前記第２の不純物として添加されている酸化アルミニウムであり、前記第１の金属化合物結晶は、クロム以外の元素が前記第１の不純物として添加されている酸化アルミニウムであることを特徴とする。【００１５】
また、別の好ましい態様において、前記結晶成長工程においては、前記浮遊帯域の周囲における酸素分圧を変化させて前記第１の金属化合物結晶および前記第２の金属化合物結晶の少なくとも一方の色を長手方向に変化させることを特徴とする。【００１６】
また、別の好ましい態様において、前記結晶成長工程においては、前記溶融装置から前記原料棒の一部に光を照射させて、当該一部を溶融して前記浮遊帯域を形成し、前記制御されるパラメータは、前記光のエネルギーを決定するためのパラメータであることを特徴とする。【００１７】
また、別の好ましい態様において、前記原料棒形成工程においては、前記第１部材の前記光の吸収率が、前記焼結の前より後の方が高くなるように、前記焼結を行うことを特徴とする。【００１８】
また、別の好ましい態様において、前記原料棒形成工程においては、粉末状の前記第１部材をチューブに装填し、当該装填後に、粉末状の前記第２部材を装填し、当該チューブに装填された当該第１部材と当該第２部材とを棒状にプレス成型することにより、棒状の前記第１部材の一端と、棒状の前記第２部材の一端とが接続されることを特徴とする。【００１９】
また、本発明は、上記記載の製造方法により製造された金属化合物結晶を加工して、前記中間領域を有する当該金属化合物結晶の一部を取り出す加工工程と、前記加工工程において取り出された前記金属化合物結晶の一部を、他の部材に取り付けることにより、装飾品を製造する取付工程とを備えることを特徴とする装飾品の製造方法を提供する。【００２０】
また、本発明は、第１の不純物を含む第１の金属化合物結晶と、前記第１の不純物とは異なる第２の不純物を含み、前記第１の金属化合物結晶と同一の結晶構造の第２の金属化合物結晶と、前記第１の金属化合物結晶と前記第２の金属化合物結晶との間に形成され、前記第１の不純物と前記第２の不純物とを含む前記結晶構造の中間領域とを具備し、前記第１の金属化合物結晶と前記第２の金属化合物結晶とは色が異なり、前記中間領域の少なくとも一部は、前記第１の不純物の濃度が前記第１の金属化合物結晶における当該第１の不純物の濃度の５０％以上、かつ前記第２の不純物の濃度が前記第２の金属化合物結晶における当該第２の不純物の濃度の５０％以上であることを特徴とする金属化合物結晶を提供する。【００２１】
また、別の好ましい態様において、前記結晶構造は、コランダムまたはスピネルであり、前記第１の不純物は、クロム以外の元素であり、前記第２の不純物は、クロムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、不純物濃度の分布が急激に変化する接続部分を持つ原料棒を用いて、浮遊帯域法による金属化合物結晶の成長を行うときに、接続部分における結晶の成長を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態における金属化合物結晶および装飾品の製造方法を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態における原料棒形成工程を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態におけるチューブへの第１部材、第２部材を構成する材料の装填方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態における原料棒が設置された浮遊帯域溶融装置を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態における結晶成長工程を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態における浮遊帯域の径の変化を説明する図である。
【図７】本発明の実施形態における不純物の分布の例を説明する図である。
【図８】本発明の実施例１、２における方法で焼結した原料棒の写真である。
【図９】本発明の実施例１、２、３における結晶成長工程の光源電圧の時間変化を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１における方法で製造した装飾品の写真である。
【図１１】本発明の実施例１、比較例１における方法で製造した金属化合物結晶の写真である。
【符号の説明】
【００２４】
１…浮遊帯域溶融装置、２…反射鏡、３…光源、４ｕ…上部回転軸、４ｄ…下部回転軸、…石英管、１０…第１の金属化合物結晶、１０ｓ…種結晶、２０…第２の金属化合物結晶、３０…境界部、１００…第１部材、２００…第２部材、３００…接続部、４００…チューブ、５００…漏斗
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜実施形態＞
[全体構成]
本発明の実施形態における金属化合物結晶は、浮遊帯域溶融装置１（図４参照）を用いて、浮遊帯域法により製造されるものである。この金属化合物結晶は、異なる種類の不純物が添加されることにより色が異なる棒状の第１の金属化合物結晶と、棒状の第２の金属化合物結晶と、これらを接続する境界部を有する。色が異なるとは、その結晶における、透過、反射または吸収する光の波長分布などの光学特性が異なることをいう。
第１、第２の金属化合物結晶は、この例においては、不純物として、それぞれ酸化コバルト、酸化クロムが添加された酸化アルミニウムの結晶（コランダム）である。酸化コバルトが不純物として添加されたコランダムは、黄色（または青色）を呈したサファイアである。酸化クロムが不純物として添加されたコランダムは、赤色を呈したルビーである。第１の金属化合物結晶と第２の金属化合物結晶とは、これらの間に形成される中間領域となる境界部によって接続されているため、金属化合物結晶は、境界部から一方の側はサファイア、他方の側はルビーといったように、境界部を境に色が変化している。この境界部には、双方の不純物が含まれる部分が存在する。
以下、このような金属化合物結晶の製造方法について説明する。
【００２６】
[金属化合物結晶の製造]
図１は、本発明の実施形態における金属化合物結晶および装飾品の製造方法を説明する図である。図１に示すように、金属化合物結晶の製造方法は、原料棒形成工程（ステップＳ１００）、設置工程（ステップＳ２００）および結晶成長工程（ステップＳ３００）を有する。さらに、加工工程（ステップＳ４００）および取付工程（ステップＳ５００）を加えることにより装飾品の製造方法となる。
まず、原料棒形成工程について、図２、図３を用いて説明する。
【００２７】
[原料棒形成工程]
図２は、本発明の実施形態における原料棒形成工程を説明する図である。また、図３は、本発明の実施形態におけるチューブ４００への第１部材、第２部材の材料の装填方法を説明する図である。原料棒形成工程（ステップＳ１００）は、第１部材装填工程（ステップＳ１１０）、第２部材装填工程（ステップＳ１２０）、プレス成型工程（ステップＳ１３０）、トリートメント工程（ステップＳ１４０）および焼成工程（ステップＳ１５０）を有する。
【００２８】
第１部材装填工程は、図３（ａ）に示すように、第１の金属化合物結晶に応じた組成の第１部材１００を構成するための材料、すなわち、酸化アルミニウムに不純物としての酸化コバルトを混合した粉末をチューブ４００に装填する工程である。チューブ４００は、弾力性のある部材で長尺の袋状に形成されたチューブであり、例えば、ラテックスなどを用いたゴム製チューブである。チューブ４００にこの粉末を装填するときには、漏斗５００を用い、装填される部分以外の内面側にできるだけこの粉末が付着しないようにする。なお、チューブ４００の上部をたぐり寄せて、装填される粉末が、チューブ４００の内面側に付着しにくくなるようにしてもよい。また、チューブ４００の長手方向を垂直に固定して、粉末がチューブ４００内を垂直に落下するようにして、装填される粉末が、チューブ４００の内面側に付着しにくくなるようにしてもよい。
【００２９】
第２部材装填工程は、図３（ｂ）に示すように、装填された第１部材１００の上層に、第２の金属化合物結晶に応じた組成の第２部材２００を構成するための材料、すなわち、酸化アルミニウムに不純物としての酸化クロムを混合した粉末をチューブ４００に装填する工程である。チューブ４００にこの粉末を装填するときには、図示のように漏斗５００を用いてもよいが、第１部材装填工程において用いた漏斗５００を洗浄して用いるか、他の漏斗を用いる。
図３（ｂ）に示すように、第１部材１００と第２部材２００とが接続されている部分を接続部３００という。
【００３０】
プレス成型工程は、第１部材１００と第２部材２００とが装填されたチューブ４００を水圧、油圧などによりプレスして棒状に成型する工程である。
トリートメント工程は、棒状に成型され、第１部材１００と第２部材２００とが接続部３００において接続された原料棒を、チューブ４００を切開して取り出す工程である。さらに、取り出した原料棒の表面の汚れを取り除く処理を行ってもよい。この処理は、例えば、原料棒における第２部材２００の表面に、第１部材１００の粉末が付着している部分があることが色の違いなどから判断して、その付着部分を削り取る処理である。このとき、削り取った部分を埋めるように酸化アルミニウムまたは第２部材２００の粉末を再付着させてもよい。
【００３１】
焼成工程は、トリートメント工程を経た原料棒を焼成する工程である。原料棒の焼成は、１１００℃から１５００℃程度、望ましくは１２００℃から１４５０℃程度で行う。この温度範囲は、第１部材、第２部材がどのような材料により構成されているかにより異なり、第１部材の融点または第２部材の融点の低い方に対して、摂氏温度換算で、０．５倍以上１倍未満、望ましくは０．６倍以上１倍未満、さらに望ましくは０．７倍以上１倍未満の範囲であればよい。例えば、ルビーのみの結晶成長であれば、８００℃程度でも可能であるが、第１部材と第２部材とが接続される強度、それぞれにおける発色の程度の関係から、温度が高い方が望ましい。
焼成された原料棒は、焼成条件、組成に応じて発色する。原料棒を予め発色させておくことで、結晶成長工程（ステップＳ３００）において溶融を行うときに照射される光の吸収率が高くなり、光エネルギーを効率的に原料棒に吸収させることができる。また、第１部材１００の部分については、第２部材２００の部分に比べて発色しにくいため、高めの温度で焼成を行うことで第１部材１００の発色を良くし、第１部材１００および第２部材２００における輻射率が近くなるようにしてもよい。このようにすると、結晶成長工程におけるパラメータ制御が容易になる。
原料棒形成工程においては、上述の各工程により、第１の金属化合物結晶の原料となる棒状の第１部材１００における一端と、第２の金属化合物結晶の原料となる棒状の第２部材２００における一端とを接続して焼結した原料棒（以下、原料棒ＢＭいう）を形成する。なお、この原料棒ＢＭは、断面形状がほぼ円形であり、その直径（原料棒ＢＭの径）は第１部材１００、第２部材２００ともにほぼ同じであるが、この限りではない。また、第１部材１００と第２部材２００とをそれぞれプレスして棒状に成型し、バーナーなどを用いて、第１部材１００の一端と第２部材２００の一端とを接続してから焼結を行ってもよい。
以上が原料棒形成工程（ステップＳ１００）の説明である。
【００３２】
[設置工程]
設置工程（ステップＳ２００；図１）は、浮遊帯域溶融装置１に原料棒ＢＭを設置する工程である。浮遊帯域溶融装置１の構成の概略および原料棒ＢＭの設置態様について、図４を用いて説明する。
【００３３】
図４は、本発明の実施形態における原料棒ＢＭが設置された浮遊帯域溶融装置１を説明する図である。図４（ａ）は、浮遊帯域溶融装置１に原料棒ＢＭを設置した状態を説明する図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す状態で、原料棒ＢＭに光を照射して浮遊帯域ＦＺを構成した状態を説明する図である。
【００３４】
浮遊帯域溶融装置１は、反射鏡２、ハロゲンランプ、キセノンランプまたはレーザーなどの光源３、上部回転軸４ｕ、下部回転軸４ｄおよび石英管５を有する。反射鏡２は、回転楕円体の形状であり、一方の焦点に設置された光源３から放射される光をもう一方の焦点に集光させる。この集光させる部分は、石英管５内における特定の領域である。このように、光源３から放射された光は、集光部分の原料棒を溶融して浮遊帯域ＦＺを構成するようになっている。
上部回転軸４ｕは、原料棒ＢＭの上端部を支持し、特定の方向に回転可能であり、原料棒ＢＭを回転軸方向に移動させる。下部回転軸４ｄは、種結晶１０ｓを支持し、上部回転軸４ｕとは逆方向に回転可能であり、上部回転軸４ｕが回転軸方向に移動するときには、双方の間隔を保ったまま、回転軸方向に移動する。石英管５は、上部回転軸４ｕ、下部回転軸４ｄを囲むように構成され、上部回転軸４ｕに支持される原料棒ＢＭの周囲を、特定のガス雰囲気に制御できるようになっている。これらの各部は、浮遊帯域溶融装置１に設定されたパラメータに応じて動作する。この設定されるパラメータの内容は、図示しない操作部に対する操作によって制御することができるようになっている。
【００３５】
設置工程において原料棒ＢＭが設置されると、図４（ａ）に示すように、原料棒ＢＭは、第２部材２００側の一端が上部回転軸４ｕに支持され、第２部材２００が第１部材１００よりも上方に位置し、第１部材１００側の一端が種結晶１０ｓの上端とほぼ接触する状態となる。また、上述したように光源３から放射された光が集光する部分が、概ね、第１部材１００と種結晶１０ｓとの間となるように、原料棒ＢＭの回転軸方向の位置が決められている。そのため、設置工程において原料棒ＢＭが設置された状態で、浮遊帯域溶融装置１における溶融処理を開始すると、図４（ｂ）に示すように、種結晶１０ｓと第１部材１００との間に浮遊帯域ＦＺが構成される。なお、第１部材１００と種結晶１０ｓとは同じ金属化合物結晶であることが望ましい。
続いて、結晶成長工程（ステップＳ３００）について、図５を用いて説明する。
【００３６】
[結晶成長工程]
図５は、本発明の実施形態における結晶成長工程を説明する図である。結晶成長工程（ステップＳ３００）は、初期設定工程（ステップＳ３１０）、第１部材溶融工程（ステップＳ３２０）、接続部溶融工程（ステップＳ３３０）、第２部材溶融工程（ステップＳ３４０）および後処理工程（ステップＳ３５０）を有する。
【００３７】
初期設定工程（ステップＳ３１０）は、浮遊帯域溶融装置１において原料棒ＢＭの溶融処理を開始するにあたって、パラメータを設定する工程である。ここで設定されるパラメータとしては、例えば、上部回転軸４ｕおよび下部回転軸４ｄの回転速度、移動速度、石英管５の内部の雰囲気（ガス種、ガス流量など）を制御するパラメータである。また、光源３から放射される光のエネルギーを制御するパラメータについても初期値が設定される。光のエネルギーを制御するパラメータは、例えば、光源３に光を照射させるときに印加する電圧（以下、光源電圧という）の大きさである。
【００３８】
第１部材溶融工程（ステップＳ３２０）は、原料棒ＢＭのうち第１部材１００に集光することで浮遊帯域ＦＺを構成し、図４（ｂ）に示すＤ方向に原料棒ＢＭを移動させて、浮遊帯域ＦＺを原料棒ＢＭに対して上部に移動させることにより、第１の金属化合物結晶を成長させる工程である。
接続部溶融工程（ステップＳ３３０）は、原料棒ＢＭに対して移動する浮遊帯域ＦＺが、接続部３００を含む場所にある期間において、第１の金属化合物結晶と第２の金属化合物結晶との境界部分の結晶を成長させる工程である。
第２部材溶融工程（ステップＳ３４０）は、原料棒ＢＭに対して移動する浮遊帯域ＦＺから第２の金属化合物結晶が成長し始めてから、この浮遊帯域ＦＺが原料棒ＢＭに対して上部に移動することにより、第２の金属化合物結晶を成長させる工程である。
第１部材溶融工程、接続部溶融工程および第２部材溶融工程においては、浮遊帯域ＦＺの径を以下に説明する条件を満たすように、光源電圧の制御を行うようになっている。この内容について、さらに図６を用いて説明する。
【００３９】
図６は、本発明の実施形態における浮遊帯域ＦＺの径の変化を説明する図である。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、第１部材溶融工程、接続部溶融工程、第２部材溶融工程における浮遊帯域ＦＺの径ｄ１、ｄｃ、ｄ２を説明する図である。この浮遊帯域ＦＺの径とは、浮遊帯域ＦＺにおける回転軸方向のうち、最も細くなる部分（概ね半分の高さ（ｈ／２）に対応する部分）の直径をいう。なお、高さｈは、浮遊帯域ＦＺの回転軸方向の長さであり、どの工程においても概ね一致した高さｈである。この高さｈは、原料棒ＢＭの直径の０．１から１．５倍であり、０．７から０．８倍程度であることが望ましい。すなわち、浮遊帯域ＦＺは、原料棒ＢＭの一部に局所的に形成される。
第１部材溶融工程においては、図６（ａ）に示すように、浮遊帯域ＦＺを原料棒ＢＭに対して移動させるときには、浮遊帯域の径がｄ１を保つように光源電圧を制御して、第１の金属化合物結晶１０を成長させる。
【００４０】
そして、浮遊帯域ＦＺに接続部３００が含まれている期間の接続部溶融工程においては、図６（ｂ）に示すように、浮遊帯域ＦＺの径がｄ１より大きいｄｃを保つように電源電圧を制御して、第１の金属化合物結晶１０の成長を続ける。なお、この期間の一部の期間にわたって径ｄｃを保つように光源電圧を制御すればよい。第２部材２００が第１部材１００よりも溶融しやすい場合には、浮遊帯域ＦＺの径が大きくなりやすいため、径ｄｃが原料棒の径をより大きくならないように、光源電圧を制御することが望ましい。なお、原料棒の断面が円形でない場合には、原料棒の径とは、断面外周上のいずれか２点を結んだ直線の長さが最長となる場合の直線の長さをいう。
【００４１】
そして、第１の金属化合物結晶１０から第２の金属化合物結晶２０に変わる中間領域となる部分の結晶（以下、境界部３０という）が成長し、続いて第２の金属化合物結晶２０が成長し始める第２部材溶融工程においては、図６（ｃ）に示すように、浮遊帯域ＦＺの径がｄｃ以下のｄ２を保つように電源電圧を制御して、第２の金属化合物結晶２０を成長させる。
この例においては、第１部材溶融工程、接続部溶融工程、第２部材溶融工程における浮遊帯域ＦＺの径が上述の条件を満たすようにするために、浮遊帯域溶融装置１の利用者が目視（直接目視する場合の他、カメラ等で撮影した内容が表示されたものなど間接的に目視する場合も含む）により浮遊帯域ＦＺの径（横幅）を確認しながら、図示せぬ操作部を操作して、光源電圧の制御を行うものとする。
【００４２】
上述した浮遊帯域ＦＺにおける径の大きさの制御を行わない場合、製造された金属化合物結晶の境界部３０近傍の径が、第１の金属化合物結晶１０および第２の金属化合物結晶２０の径に比べて小さくなる。すなわち、製造された金属化合物結晶の径が場所によって変化して、境界部３０の近傍が細くなってしまう。一方、上述した浮遊帯域ＦＺにおける径の大きさの制御を行うことにより、境界部３０近傍の径が第１の金属化合物結晶１０および第２の金属化合物結晶２０の径と概ね一致したものとすることができる。
このように結晶成長工程において成長した金属化合物結晶は、第１の金属化合物結晶１０の部分は黄色を呈したサファイア、第２の金属化合物結晶２０の部分は赤色を呈したルビーとなる。これらが接続される境界部３０は、黄色から赤色に急激に色合いが変化（浮遊帯域ＦＺの高さｈよりも短い区間で変化）するものとなっている。
【００４３】
図７は、本発明の実施形態における不純物の分布の例を説明する図である。図７は、縦軸方向に、不純物濃度を示し、横軸方向に金属化合物結晶の長手方向の位置を示している。この図における不純物濃度とは、コバルト（Ｃｏ）濃度については、第１の金属化合物結晶１０における濃度を「ａ（％）」とした場合の変化を示し、クロム（Ｃｒ）濃度については、第２の金属化合物結晶２０における濃度を「ｂ（％）」とした場合の変化を示している。なお、色の変化と不純物の濃度は概ね対応関係にある。
【００４４】
図７に示すように、この例において、境界部３０は、コバルトの濃度が「０．５ａ（％）（第1の金属化合物結晶１０における濃度の５０％）」以上、かつクロムの濃度が「０．５ｂ（％）（第２の金属化合物結晶２０における濃度の５０％）」以上となる領域として定義され、その長手方向の長さをＬとする。長さＬは、上述したように浮遊帯域ＦＺの高さｈよりも短くなるが、境界部３０の径をｄｓとした場合には、ｄｓ／２以下であることが望ましく、ｄｓ／３であればさらに望ましい。ここで、境界部３０の径は、長手方向の位置により若干変動する場合もあるが、この場合には、最も短い径のことをいう。
【００４５】
なお、この例においては、第１部材１００、第２部材２００の組み合わせでは、浮遊帯域溶融装置１に原料棒ＢＭを設置するときに、第２部材２００が第１部材１００より上方になるようにしたが、この位置関係を逆にして、第１部材１００が第２部材２００より上方になるようにすると、第１の金属化合物結晶１０の色は、第２の金属化合物結晶２０の不純物成分の影響を受けて、赤色を呈してしまう。これについては比較例２で詳細を述べる。
【００４６】
図５に戻って説明を続ける。後処理工程（ステップＳ３５０）は、光源３からの放射を呈しさせて、第２の金属化合物結晶２０の成長を終了させ、製造された金属化合物結晶を浮遊帯域溶融装置１から取り出す工程である。
以上が、結晶成長工程（ステップＳ３００）における各工程の説明である。
【００４７】
[装飾品の製造]
図１に戻って説明を続ける。加工工程（ステップＳ４００）は、浮遊帯域溶融装置１から取り出された金属化合物結晶をカットし、第１の金属化合物結晶１０、第２の金属化合物結晶２０およびその境界部３０を有する金属化合物結晶の一部を取り出す工程である。この工程は、宝石でいうところの原石をカット、研磨して裸石とする工程に相当する。この工程を経て取り出された金属化合物結晶の一部は、いわゆるバイカラーの宝石に相当するものとなる。
取付工程（ステップＳ５００）は、加工工程において取り出された金属化合物結晶の一部を、他の部材に取り付けて、装飾品を製造する工程である。装飾品とは、このように製造された金属化合物結晶が取り付けられたものを示し、例えば、指輪、イヤリング、ネックレス、ブレスレット、時計、眼鏡など装身具、宝飾品、さらには、身につけない置物、家具なども含まれる。以上が、金属化合物結晶、および装飾品の製造方法についての説明である。
続いて、具体的な実施例および従来条件での比較例について、説明する。
【００４８】
＜実施例＞
図８は、本発明の実施例１、２における方法で焼結した原料棒ＢＭの写真である。また、図９は、本発明の実施例１、２、３における結晶成長工程の光源電圧圧の時間変化を示す図である。図１０は、本発明の実施例１における方法で製造した金属化合物結晶を用いた装飾品の写真である。図１１は、本発明の実施例３、比較例１における方法で製造した金属化合物結晶の写真である。
【００４９】
[実施例１]
実施例１においては、第１部材１００の組成は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）：酸化コバルト（ＣｏＯ）＝９９．９：０．０１（モル比）である。また、第２部材２００の組成は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）：酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）＝９８．０：２．０（モル比）である。原料棒の焼成温度は、１４５０℃である。焼成後の原料棒ＢＭは、図８（ａ）に示すように、第１部材１００の部分（Ａｌ2Ｏ3：ＣｏＯ）は青色を呈し、第２部材２００の部分（Ａｌ2Ｏ3：Ｃｒ2Ｏ3）は赤色を呈する。
ここで、第１部材１００の組成は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）：酸化コバルト（ＣｏＯ）＝９９．９：０．０１（モル比）である。また、第２部材２００の組成は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）：酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）＝９８．０：２．０（モル比）である。
【００５０】
この原料棒ＢＭを浮遊帯域溶融装置１に設置した後、石英管５内に酸素を流入させ、原料棒ＢＭの周囲が酸素雰囲気に保たれるようにした。
結晶成長工程における光源電圧は、図９（ａ）に示すように、第１部材溶融工程に相当する期間α、接続部溶融工程に相当する期間β、第２部材溶融工程に相当する期間γにわたって、概ね一定電圧を保っている。このようにすると、結晶成長工程における説明したように、浮遊帯域ＦＺの径を制御することができる。
ここで、光源電圧を変化させなくてもよいのは、第２部材２００は、第１部材１００よりも、集光された部分がわずかに溶けやすく、接続部溶融工程においては、第２部材２００が第１部材１００に比べて多く溶融するため、浮遊帯域ＦＺの径が大きくなるからである。第２部材溶融工程においても光源電圧を維持してもよいが、光源電圧を減少（図９（ａ）二点鎖線参照）させて浮遊帯域ＦＺの径を小さくし、境界部３０と第２の金属化合物
結晶２０との径の大きさの関係を調整してもよい。
【００５１】
このようにして製造された金属化合物結晶は、黄色を呈したサファイアである第１の金属化合物結晶１０と、赤色を呈したルビーである第２の金属化合物結晶２０との境界部３０において、径が細くなるのを抑制することができる。そして、加工工程、取付工程を行うことにより、この金属化合物結晶を用いて、装飾品を製造する。製造される装飾品は、例えば、図１０に示すようなペンダントである。図１０におけるペンダントは、黄色を呈したサファイアである第１の金属化合物結晶１０（Ａｌ2Ｏ3：ＣｏＯ）の一部、赤色を呈したルビーである第２の金属化合物結晶２０（Ａｌ2Ｏ3：Ｃｒ2Ｏ3）の一部、これらの境界部３０を有している。
【００５２】
[実施例２]
実施例２においては、実施例１と同じ組成の第１部材１００および第２部材２００を用いるが、１２００℃で焼成した原料棒ＢＭを用いる。実施例２においては、焼成温度が実施例１より低い温度であるため、図８（ｂ）に示すように、第１部材１００、第２部材２００ともに、発色の程度は少ない。特に、第１部材１００の発色は少なく、実施例１の場合に比べて白に近い状態になっている。
【００５３】
この原料棒ＢＭを浮遊帯域溶融装置１に設置した後、石英管５内に酸素を流入させ、原料棒ＢＭの周囲が酸素雰囲気に保たれるようにした。
結晶成長工程における光源電圧を、図９（ｂ）に示すように、第１部材溶融工程に相当する期間αにおける値から、接続部溶融工程に相当する期間βにおいて減少させ、第２部材溶融工程に相当する期間γにおいて更に減少させている。このようにすると、結晶成長工程における説明したように、浮遊帯域ＦＺの径を制御することができる。
【００５４】
実施例１の場合に比べて、原料棒ＢＭにおける第１部材１００および第２部材２００の発色が少なく、さらには、第１部材１００の発色は非常に少ない。そのため、第１部材溶融工程においては、光源電圧を実施例１の場合に比べて上げる必要がある。
そして、第１部材１００に比べて第２部材２００は発色の程度がよいから、光をよく吸収するため、同じ光源電圧だと溶融しすぎてしまい、浮遊帯域ＦＺの径が大きくなりすぎてしまう。そのため、接続部溶融工程においては、徐々に光源電圧を減少させていくことにより、浮遊帯域ＦＺの径をｄｃに保つことができる。第２部材溶融工程においては、接続部溶融工程において減少させた後の光源電圧に維持してもよいが、さらに光源電圧を減少（図９（ｂ）二点鎖線参照）させて浮遊帯域ＦＺの径を小さくし、境界部３０と第２の金属化合物結晶２０との径の大きさの関係を調整してもよい。
このようにしても、実施例１と同様に、黄色を呈したサファイアである第１の金属化合物結晶１０と、赤色を呈したルビーである第２の金属化合物結晶２０と、これらの接続部分に相当する境界部３０の結晶とを有し、各部分の結晶の径が概ね同じ大きさの金属化合物結晶を製造することができる。
【００５５】
[実施例３]
実施例３においては、上述のように金属化合物結晶としてコランダムではなくスピネルとしたものである。また、第１部材１００に添加されている不純物の種類と第２部材に添加されている不純物の種類が逆になっている。
第１部材１００の組成は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）：酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）＝４９．５：４９．５：１．０（モル比）である。第２部材２００の組成は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）：酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）：酸化コバルト（ＣｏＯ）＝４９．８５：４９．８５：０．３（モル比）である。原料棒の焼成温度は、１２００℃である。焼成後の原料棒ＢＭは、ほぼ、実施例２の場合と同様の発色である。
【００５６】
この原料棒ＢＭを浮遊帯域溶融装置１に設置した後、石英管５内に酸素を流入させ、原料棒ＢＭの周囲が酸素雰囲気に保たれるようにした。実施例１、２とは異なり、酸化コバルトを含む第２部材が上方に設置されている。
結晶成長工程における光源電圧を、図９（ｃ）に示すように、第１部材溶融工程に相当する期間αにおける値から、接続部溶融工程に相当する期間βにおいて増加させ、第２部材溶融工程に相当する期間γにおいては一定とする。このようにすると、結晶成長工程における説明したように、浮遊帯域ＦＺの径を制御することができる。
【００５７】
実施例２の場合とは逆に、第２部材２００に比べて第１部材１００のほうが発色の程度がよい。そのため、第２部材２００を溶融する第２部材溶融工程においては、第１部材１００を溶融する第１部材溶融工程に比べて光源電圧を上げる必要がある。そのため、接続部溶融工程において、第１部材溶融工程における光源電圧を維持したままにすると、溶融しにくい第２部材２００の影響により、浮遊帯域ＦＺの径が小さくなってしまう。そのため、接続部溶融工程においては、徐々に光源電圧を増加させていくことにより、浮遊帯域ＦＺの径をｄｃに保つことができる。第２部材溶融工程においては、接続部溶融工程において増加させた後の光源電圧に維持してもよいが、光源電圧を減少（図９（ｃ）二点鎖線参照）させて浮遊帯域ＦＺの径を小さくし、境界部３０と第２の金属化合物結晶２０との径の大きさを調整してもよい。
このようにすると、図１１（ａ）に示すように、赤色を呈したスピネルである第１の金属化合物結晶１０（ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3：Ｃｒ2Ｏ3）と、青色を呈したスピネルである第２の金属化合物結晶２０（ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3：ＣｏＯ）と、これらの接続部分に相当する境界部３０の結晶とを有し、各部分の結晶の径が概ね同じ大きさの金属化合物結晶を製造することができる。
【００５８】
＜比較例＞
[比較例１]
比較例１は、実施例３における場合において、第１部材溶融工程、接続部溶融工程、第２部材溶融工程の各工程において、浮遊帯域ＦＺの径の大きさを変化させずに一定の大きさに保ったときの例である。すなわち、接続部溶融工程における浮遊帯域ＦＺの径ｄｃが径ｄ１と同じ場合である。
この場合には、図１１（ｂ）に示すように、境界部３０の結晶の径は、第１の金属化合物結晶１０（ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3：Ｃｒ2Ｏ3）および第２の金属化合物結晶２０（ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3：ＣｏＯ）の径よりも小さくなる。図１１（ａ）と図１１（ｂ）とを比較してもわかるように、比較例１において製造される金属化合物結晶は、実施例３における場合よりも境界部３０において細くなった形状となる。そのため、この境界部３０の結晶部分を用いて装飾品などを製造する場合に、その結晶部分の大きさが境界部３０における結晶の径により決まってしまうため、第１の金属化合物結晶１０および第２の金属化合物結晶２０の径が大きくても無駄になってしまう。また、境界部３０において金属化合物結晶が折れやすくなるため、結晶成長工程の後に行われる加工工程などの処理が困難になる。
【００５９】
[比較例２]
比較例２は、実施例２における場合とは、第１部材１００と第２部材２００とが逆になっている場合の例である。すなわち、酸化クロムが含まれる第１部材１００を下方に、酸化コバルトが含まれる第２部材２００を上方にして原料棒ＢＭが浮遊帯域溶融装置１に設置され、酸化クロムが含まれる第１部材１００から先に結晶成長が行われる。
この場合には、第１の金属化合物結晶１０が赤色を呈するルビーとなり、第２の金属化合物結晶２０が黄色を呈するサファイアとなることが予想されるが、実際には、第２の金属化合物結晶２０も赤色を呈することになる。そのため、金属化合物結晶全体が赤色を呈するルビーになってしまう。
【００６０】
これは以下の理由による。第１部材溶融工程において浮遊帯域ＦＺが第１部材１００に構成されると、酸化アルミニウムに比べて蒸気圧が非常に高い酸化クロムが蒸発し、原料棒ＢＭの表面に再付着する。このとき、原料棒ＢＭの第２部材２００の表面部分にも蒸発した酸化クロムの成分が付着してしまう。第２部材溶融工程において第２部材２００が溶融されると、その表面に付着した酸化クロムが取り込まれ、赤色を呈する第２の金属化合物結晶２０が成長する。
【００６１】
コランダムで赤色を呈するようにするためには、赤色を呈するのに最低限必要な酸化クロムの量に比べて、過剰な量の酸化クロムを原料棒ＢＭに添加しておくことが必要である。これは、コランダムはスピネルに比べてクロムの添加量が少ないと結晶にクラックが生じやすいことなどが要因の一つである。そのため、浮遊帯域ＦＺから過剰な酸化クロムが蒸発して原料棒ＢＭに付着するのである。また、スピネルに含まれた状態のクロムよりもコランダムに含まれた状態のクロムの方が蒸発しやすいことも要因の一つである。
【００６２】
一方で、実施例３でも述べたように、金属化合物結晶がスピネルである場合には、このような現象は生じにくい。スピネルの場合は、コランダムのように過剰な酸化クロムを添加する必要が無いため、赤を呈するスピネルから成長させても青を呈するスピネルが赤を呈するようにはならない。
したがって、実施例３において、浮遊帯域溶融装置１に原料棒ＢＭを設置するときに、上下方向を逆にして、青を呈するスピネルから成長させても、赤を呈するスピネルと青を呈するスピネルとを有する金属化合物結晶を製造することができる。
【００６３】
[比較例３]
上記実施形態において、金属化合物結晶は、浮遊帯域法により製造される結晶（合成結晶）である。天然に存在する結晶（天然結晶）と合成結晶とは、以下に例示する公知の分析方法により判別可能である。第１の例として、高倍率光学顕微鏡、光散乱レーザートモグラフィー法、紫外−可視分光光度計などを用いて、対象物の内部の結晶の成長過程、インクルージョン、特徴的な構造および欠陥を分析することにより判別することができる。第２の例として、蛍光Ｘ線元素分析法を用いて、元素の種類、量などから判別することができる。第３の例として、誘導結合プラズマ質量分析法などを用いて、ヘリウムのような軽元素からウランのような重元素まで、各種元素についてｐｐｂ（１０億分の１）からｐｐｍ（１００万分の１）のオーダーで分析することにより判別することができる。第４の例として、フーリエ変換型赤外線分光光度計などを用いて、水分、樹脂含浸、有機物を分析することにより判別することができる。
【００６４】
＜変形例＞
以上、本発明の実施形態およびその実施例について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。
[変形例１]
上述した実施形態においては、コランダム、スピネルに不純物として、コバルト（原料としては酸化コバルト）、クロム（原料としては酸化クロム）を添加することにより色を呈するようにしていたが、これ以外の不純物を添加してもよい。例えば、コバルトではなく、鉄（原料としては酸化鉄（Ｆｅ3Ｏ4））、チタン（原料としては酸化チタン（ＴｉＯ2））などであってもよく、複数種類の不純物が含まれていてもよい。
すなわち、第１金属化合物結晶１０に含まれる不純物（第１の不純物）、第２金属化合物結晶２０に含まれる不純物（第２の不純物）は、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、プラセオジム（Ｐｒ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）などとすることができる。このように第１の不純物の種類と第２の不純物の種類とを適宜決定することにより、第1の金属化合物結晶１０と第２の金属化合物結晶２０との色を様々な組み合わせとすることができる。なお、第１の不純物と第２の不純物との組み合わせにおいて、不純物の元素を含む原料（酸化物など）の蒸気圧が高い方の元素が、第２の不純物となるようにすることが望ましい。
【００６５】
金属化合物結晶は、コランダム、スピネル以外、例えば、ガーネット、ルチル、ペロブスカイトなど結晶構造を有する金属酸化物であってもよいし、フッ化カルシウム、窒化ホウ素などの金属酸化物以外の金属化合物であってもよい。なお、第１の金属化合物結晶１０と第２の金属化合物結晶２０とは、同じ結晶構造を有するものを用いることが望ましい。また、上述した加工工程における処理をするにあたっては、第１の金属化合物結晶１０と第２の金属化合物結晶２０とは、モース強度が同じであることが望ましい。
【００６６】
また、金属化合物結晶は、装飾品以外の工業用途、例えば、レーザー発振用の結晶、電気伝導度や熱伝導度を層ごとに変えた結晶、磁性元素の添加量を層ごとに変えた結晶などとして製造してもよい。レーザー発振用であれば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と酸化クロム（Ｃr2Ｏ3）との濃度比がそれぞれ異なる第１の金属化合物結晶１０および第２の金属化合物結晶２０として製造すればよい。
またイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）のイットリウムの添加量を変えた結晶なども作製できる。
【００６７】
[変形例２]
上述した実施形態においては、浮遊帯域溶融装置１に設定されたパラメータのうち光源電圧を制御して、浮遊帯域ＦＺの径の大きさを変化させていたが、これ以外のパラメータを制御して、径の大きさを変化させてもよい。例えば、上部回転軸４ｕまたは下部回転軸４ｄの回転速度を制御すればよい。
【００６８】
[変形例３]
上述した実施形態においては、酸素雰囲気で酸化コバルトが添加されたコランダムを成長させることにより、黄色を呈するようにしていたが、酸素分圧を制御することにより所望の黄色を呈するようにしてもよい。また、結晶成長工程の途中で酸素分圧を変化させて、サファイアの色の濃度が回転軸方向（長手方向）に変化するようにしてもよい。
【００６９】
[変形例４]
上述した実施形態においては、浮遊帯域ＦＺの径の大きさを変化させるときには、浮遊帯域溶融装置１の利用者が目視によりその径の大きさを確認して、手動で光源電圧の制御を行っていたが、自動的に制御が行われるようにしてもよい。自動的に制御を行う場合には、浮遊帯域溶融装置１は、浮遊帯域ＦＺをカメラで撮影し、撮影内容から浮遊帯域ＦＺの径を解析する解析部と、その解析結果に応じて光源電圧を変化させる制御部とをさらに有するようにすればよい。このとき、制御部は、原料棒ＢＭのうち接続部３００の位置が予め設定されるようにしておけば、浮遊帯域ＦＺの径を大きくしたり小さくしたりするタイミングを認識することができる。
このようにすれば、結晶成長工程における第１部材溶融工程、接続部溶融工程、第２部材溶融工程における処理を自動的に行うことができる。
【００７０】
[変形例５]
上述した実施例１、２において示した第１部材１００、第２部材２００の組成は、異なるものであってもよい。この場合、第１部材１００の組成は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）に対する酸化コバルト（ＣｏＯ）のモル比が、０．００１％以上、４％以下、望ましくは０．０１％以上、１．５％以下であればよい。また、第２部材２００の組成は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）に対する酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）のモル比が、０．００５％以上、７％以下、望ましくは０．０１％以上、４％以下であればよい。
また、実施例３において示した第１部材１００、第２部材２００の組成も、異なるものであってもよい。この場合、第１部材１００の組成は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）との混合物に対する酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）のモル比が、０．００５％以上、５％以下、望ましくは０．０１％以上、1．５％以下であればよい。また、第２部材２００の組成は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）との混合物に対する酸化コバルト（ＣｏＯ）のモル比が、０．００５％以上、５％以下、望ましくは０．０１％以上、1．５％以下であればよい。
いずれの場合も、比率が小さいと発色せず結晶化が困難である一方、比率が大きすぎると、結晶の透明度が低くなりすぎるため、上記のような条件にしておくことが望ましい。
また、第１部材１００、第２部材２００の組成は、結晶化しても概ね変わらないが、上述したように、クロムの蒸発によりその成分の割合が減少することもある。
【００７１】
[変形例６]
上述した実施形態においては、浮遊帯域法（Floating Zone法）を用いて金属化合物結晶を製造したが、その他の方法を用いてもよい。例えば、フラックス添加型浮遊帯域法（Traveling Solvent Floating Zone法）を用いることが望ましい。その他にも、温度勾配付徐冷法（Tamman法）、坩堝降下法（Bridgman法）、熱交換器法（Schmid法）、垂直型帯溶融法などの坩堝内凝固法を用いてもよい。また、単純引き上げ法（Nacken法）、下方引き出し法、回転引き上げ法（Czochralski法）などの坩堝外凝固法を用いてもよい。さらに、ベルヌーイ法（Verneuil法）、スカルメルト法（Skull Melt法）、ぺデスタル（Pedestal法）、浸設アーク法などの無坩堝法を用いてもよい。
【００７２】
どの方法を用いる場合においても、その方法を用いて結晶成長を行う溶融装置に、第１部材、第２部材を用いた原料を配置し、浮遊帯域を形成して金属化合物結晶を成長させ、その浮遊帯域の径を認識可能な構成にする。例えば、坩堝内凝固法および坩堝外凝固法では、浮遊帯域付近での、坩堝と第１部材、坩堝と第２部材の密着領域を極力減らし、透明度の高い坩堝を用いて浮遊帯域の径を認識できるようにしてもよいし、浮遊帯域の径を認識できる形状の坩堝を用いてもよい。そして、目視またはカメラで撮影し撮影内容から浮遊帯域の径を認識すればよい。また、無坩堝法では、直接に、目視またはカメラで撮影し撮影内容から浮遊帯域の径を認識すればよい。
そして、認識した浮遊帯域の径に応じて、温度の増減に関わるパラメータを制御することにより、実施形態に示すように浮遊帯域の径を制御するように溶融装置が構成されていればよい。なお、この浮遊帯域を形成する期間は結晶の成長中全ての期間である必要はなく、少なくとも境界部３０を成長させるときに形成されていればよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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